DE1235441B - Mit einer Steuerelektrode versehenes Elektronenstrahlerzeugungssystem fuer Hochleistungslaufzeitroehren - Google Patents

Description

DEUTSCHES WrBWs PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21g-13/17

Nummer: 1 235 441

Aktenzeichen: V11987IX d/21 g

1 235441 Anmeldetag: 22. Februar 1957

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für Hochleistungslaufzeitröhren, insbesondere Hochleistungsklystrons, mit einer Steuerelektrode zur Steuerung der Strahlstromstärke.

Es sind bereits mit verhältnismäßig kleinen Leistungen und kleinen Stromdichten arbeitende Elektronenstrahlerzeugungssysteme, beispielsweise für Oszillographenröhren und Eropfangszwecken dienenden Klystronverstärkerröhren, bekannt, die aus einer die Elektronen emittierenden konkaven Kathode, einer die Kathode koaxial umschließenden, etwa auf Kathodenpotential gehaltenen zylindrischen Bündelungselektrode, deren strahlseitige Stirnfläche etwa in Höhe des Randes der Emissionsfläche der Kathode endet, einer (in Strahlrichtung gesehen) unmittelbar hinter der Bündelungselektrode und koaxial zur Kathode angeordneten Steuerelektrode zur Steuerung der Strahlstromstärke sowie schließlich aus einer nachfolgenden, in einigem Abstand von der Steuerelektrode angeordneten Beschleunigungselektrode mit zentraler Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl bestehen.

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines derartigen Elektronenstrahlerzeugungssystems bei Hochleistungslaufzeitröhren, insbesondere Hochleistungsklystrons, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode blendenförmig ausgebildet ist mit einer zentralen Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl (Blendenöffnung), deren axiale Ausdehnung klein gegen den Öffnungsdurchmesser ist, und in bezug auf die Kathode auf etwa dem gleichen oder einem negativen Potential gehalten ist.

Bei einer im Mikrowellengebiet arbeitenden Hochleistungslaufzeitröhre ergeben sich insofern besondere elektronenoptische Verhältnisse, als die Elektronenergiebigkeitskonstante des Langmuirschen Raumladungsgesetzes in der Größenordnung von 0,5 · 10-« A/V³'² liegt und damit etwa IOOmal größer ist als bei den eingangs erwähnten bekannten EIektronenstrahlerzeugungssystemen. Es läßt sich daher ein für niedrige Ergiebigkeit gebautes Elektronen-Strahlerzeugungssystem nicht einfach für eine Hochleistungslaufzeitröhre übernehmen. Insbesondere verbietet sich bei Hochleistungslaufzeitröhren beispielsweise die Verwendung von den Strahlquerschnitt durchsetzenden Gitterelektroden, da diese infolge der unvermeidlichen Elektronenabsorption der baldigen Zerstörung anheimfallen würden. Auch hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Fokussierung ergeben sich bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Hochleistungslaufzeitröhre insofern besondere Verhältnisse, als die sehr hohe Strahl-Mit einer Steuerelektrode versehenes
Elektronenstrahlerzeugungssystem für
Hochleistungslaufzeitröhren

Anmelder:

Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Louis Thomas Zitelli, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

^zo Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Februar 1956
(568 422)

stromdichte eine Raumladung bedingt, die das Bestreben hat, den Strahl in unerwünschter Weise aufzuweiten. Zudem ist die erfindungsgemäß angestrebte Betriebsweise derart, daß die Steuerelektrode in bezug auf die Kathode auf etwa dem gleichen oder einem negativen Potential gehalten ist.

Das erfindungsgemäße Elektronenstrahlerzeugungssystem trägt den vorgenannten Gesichtspunkten Rechnung und gestattet die Erzeugung eines hinsichtlich der Strahlstromstärke steuerbaren Elektronenstrahles sehr hoher Stromdichte, wobei außer der Kathode, der Bündelungselektrode und der Beschleunigungselektrode insbesondere die Steuerelektrode so ausgebildet und mit einem solchen Potential beaufschlagt ist, daß nur ein verschwindend kleiner Teil der von der Kathode emittierten Elektronen durch das Elektronenstrahlerzeugungssystem selbst abgefangen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung sieht dabei vor, daß die Emissionsfläche der Kathode noch ganz erheblich größer ist als die größte Querschnittsfläche der zentralen Durchtrittsöffnung der Beschleunigungselektrode und daß die Blendenöffnung der Steuerelektrode und/oder die zylindrische Bündelungselektrode abgerundete Kanten besitzen/besitzt.

709 517/391

Claims (1)

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. F i g. 1 ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines bei einem Hochleistungsverstärkerklystrons verwendeten Elektronenstrahlerzeugungssystems nach der Erfindung; F i g. 2 ist eine vergrößerte Wiedergabe eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Elektronenstrahlerzeugungssystems. In F i g. 1 ist teilweise geschnitten der strahlerzeugerseitige Abschnitt eines Hochleistungsverstärkerklystrons dargestellt. Die eine konkave Emissionsfläche aufweisende Kathode eines Elektronenstrahlerzeugungssystems 1 ist mit 3 bezeichnet. Eine die Bündelung der emittierten Elektronen bewirkende zylindrische Elektrode 4 (Bündelungselektrode) umgibt koaxial die Kathode 3 in geringem Abstand und ragt strahlseitig etwas über den Rand der Emissionsfläche der Kathode 3 vor; sie ist elektrisch mit der Kathode verbunden, liegt also auf dem gleichen Potential wie diese. Es kann aber auch zweckmäßig sein, der Bündelungselektrode ein etwas anderes Potential als das der Kathode zu geben, um die gewünschte Bündelung des Strahles zu erreichen. Eine blendenförmige Steuerelektrode 7 zur Steuerung der Strahlstromstärke ist unmittelbar hinter der Bündelungselektrode 4 koaxial zur Kathode 3 angeordnet. Die axiale Ausdehnung der Durchtrittsöffnung der Steuerelektrode 7 ist erfindungsgemäß klein gegen den Öffnungsdurchmesser. Eine Zuführung 8 ist mit der Steuerelektrode 7 verbunden, um der Steuerelektrode das Potential zuführen zu können. Erfindungsgemäß ist die Steuerelektrode in bezug auf die Kathode auf etwa dem gleichen oder einem niedrigeren (negativen) Potential gehalten. Steuerelektrode und Kathode sind mittels eines die Kathode koaxial umgebenden Isolierzylinders 6, beispielsweise aus Aluminiumoxyd-Keramik, unter Zwischenschaltung eines hohlzylindrischen metallischen Halterungsteiles 5 zu einer Baugruppe zusammengefaßt. Der Abstand der elektrisch zusammenwirkenden Teile der Bündelungselektrode 4 und der Steuerelektrode 7 ist so klein wie möglich gehalten, um eine wirksame Steuerung der Strahlstromstärke zu erzielen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 beträgt dieser Abstand etwa Vioo mm. Dies ist aber nur als ein beispielsweiser Wert anzusehen; der Abstand, der bei einer bestimmten Elektrodenanordnung zu verwenden ist, hängt von den Betriebspotentialen der elektrisch zusammenwirkenden Elektroden ab. Die Schulterfläche der Steuerelektrode 7 ist im Bereich G abgerundet und poliert, ebenso das strahlseitige Ende der Bündelungselektrode 4 (Bereich F), so daß keine scharfen Kanten oder Ecken vorliegen, welche bei höheren Spannungen leicht Überschläge zwischen der Bündelungselektrode 4 und der Steuerelektrode? verursachen können. Eine Beschleunigungselektrode 11 mit zentraler Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl ist in einigem Abstand von der Steuerelektrode 7 koaxial zu dieser und zur Kathode 3 angeordnet. Das rechte Teilstück der Beschleunigungselektrode 11 besteht hier aus magnetischem Material und bildet den einen Pol eines nicht dargestellten Permanentmagneten, der ein magnetisches Längsfeld erzeugt, durch das der Elektronenstrahl auf seinem weiteren Weg gebündelt geführt wird. Die hohlzylindrischen metallischen Gefäßteile 9 bilden mit der Beschleunigungselektrode 11 einen Teil der Vakuumhülle der Röhre. Im Betrieb erhält die Beschleunigungselektrode 11 in bezug auf die Kathode 3 ein stark positives Potential. Dadurch ergibt sich ein Potentialgefälle zwischen der Beschleunigungselektrode 11 und der Kathode 3, welches die von der Kathode emittierten Elektronen stark beschleunigt durch die zentrale ίο Durchtrittsöffnung der Beschleunigungselektrode 11 hindurchtreten läßt. Die Strahlstromstärke kann man dabei mittels der Steuerelektrode 7 beeinflussen. Wenn der Steuerelektrode 7 ein in bezug auf die Kathode hinreichend stark negatives Potential zugeführt wird, kann der Strahlstrom auf Grund der dann zwischen der Kathode 3 und der Steuerelektrode 7 sich einstellenden negativen Potentialschwelle ganz unterbrochen werden. Es fliegen dann keine Elektronen in Richtung auf die Beschleunigungselektrode 11. Die Steuerelektrode 7 ist erfindungsgemäß in bezug auf die Kathode 3 auf etwa dem gleichen oder einem negativen Potential gehalten, dessen Wert von der Stärke des zwischen der Beschleunigungselektrode 11 und der Kathode 3 liegenden Beschleunigungsfeldes abhängt. Die Elektronenanordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist, erfordert, um das Auftreten eines Strahlstromflusses gerade zu verhindern, eine (auf die Kathode 3 bezogene) negative Steuerelektrodenspannung, die etwa 60 % der (auf die Kathode 3 bezogenen) Beschleunigungselektrodenspannung beträgt. Wenn beispielsweise die Beschleunigungsspannung IOkV beträgt, muß die Steuerelektrodenspannung etwa — 6 kV betragen. Wie F i g. 1 erkennen läßt, ist die Beschleunigungselektrode 11 derart ausgebildet, daß sich der Durchmesser ihrer Durchtrittsöffnung in Elektronenstrahlrichtung verringert, wobei die axiale Ausdehnung der Durchtrittsöffnung wesentlich größer ist als der größte Durchmesser der Durchtrittsöffnung, so daß die Beschleunigungselektrode 11 einen verhältnismäßig engen Durchtrittskanal für den Elektronenstrahl bildet. Ein zu verstärkendes Mikrowellensignal wird über einen Hohlleiter 13 dem Eingangshohlraumresonator 12 des Klystrons zugeführt und durch Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl in bekannter Weise verstärkt. Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlerzeugungssystem für Hochleistungslaufzeitröhren, insbesondere Hochleistungsklystrons, bestehend aus einer die Elektronen emittierenden konkaven Kathode, einer die Kathode koaxial umschließenden, etwa auf Kathodenpotential gehaltenen zylindrischen Bündelungselektrode, deren strahlseitige Stirnfläche etwa in Höhe des Randes der Emissionsfläche der Kathode endet, einer (in Strahlrichtung gesehen) unmittelbar hinter der Bündelungselektrode und koaxial zur Kathode angeordneten Steuerelektrode zur Steuerung der Strahlstromstärke sowie schließlich aus einer nachfolgenden, in einigem Abstand von der Steuerelektrode koaxial zu dieser und zur Kathode angeordneten Beschleunigungselektrode mit zentraler Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl, dadurch